Energia d'enllaç

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Energia d'enllaç mitja pel nucli més estable en funció del nombre màssic: E/A, en MeV. A l'eix horitzontal els nombres màssics, ordenats de menor a major, i al vertical les energies d'enllaç mitjanes per cada nucleó

L'energia d'enllaç és l'energia que uneix els àtoms que formen una molècula. També existeix una energia d'enllaç a cada àtom, que és la que uneix els neutrons i protons que formen el seu nucli, que de vegades, per a no confondre-la amb l'energia d'enllaç de diferents àtoms entre ells, s'anomena energia nuclear o també energia de l'àtom i energia atòmica. L'energia d'enllaç dels protons i neutrons que formen un nucli atòmic estan relacionats amb la seva estabilitat i radioactivitat.

L'energia d'enllaç és funció del nombre màssic, representat per A, de cada element de la taula periòdica. L'energia d'enllaç dels nucleons (protons i neutrons) de dels nuclis atòmics dels diferents elements oscil·la entre els 5 MeV i els 10 MeV, excepte la de l'hidrogen, que està al voltant d'1 MeV.

En trencar un nucli atòmic l'energia d'enllaç que unia els seus nucleons gairebé sempre es desprèn donant lloc a reaccions exotèrmiques, és a dir, que emeten l'energia en forma de calor. Els nuclis d'elements grans, de nombre màssic major a 200, es poden trencar en una reacció de fissió nuclear i donant lloc a normalment uns dos o tres nuclis d'altres elements diferents, que tenen un nombre màssic intermedi al voltant de 100. Alguns altres elements molt petits, de nombre màssic menor a 10, alliberen energia en canvi en unir nucleons al seu nucli, és a dir, en reaccions de fusió, a les quals el nucli de l'element resultant ho és d'un element de nombre màssic una mica major. L'energia total alliberada en una reacció per fissió sempre és major a la d'una reacció de fusió, perquè ocorre a nuclis majors, però l'energia alliberada per fissió per unitat de massa és inferior a l'alliberada per fusió per unitat de massa.

Unitats[modifica | modifica el codi]

L'energia d'enllaç es mesura en unitats d'energia, una de les més cómodes a utilitzar és l'electrovolt i els seus múltiples:

  • 1 electrovolt (eV) = 1,6·10-19 joules (J)
  • 1 megaelectrovolt (MeV) = 1.000.000 electrovolts (eV) = 106 electrovolts (eV)
  • 1 gigaelectrovolt (GeV) = 1.000.000.000 electrovolts (eV) = 109 electrovolts (eV)

Einstein va explicar que la massa i l'energia en realitat són el mateix però vistos d'una manera diferent. En l'entorn de les energies d'enllaç es pot usar:

Exemples[modifica | modifica el codi]

L'energia mitjana d'enllaç dels protons i neutrons dels vint-i-cinc primers elements de la taula periòdica va generalment entre 5 MeV per nucleó i uns 8 MeV per nucleó, amb diferències relativament grans entre ells. A la resta d'elements però l'energia d'enllaç sol estar entre 8 MeV i 9 MeV a excepció dels més grans, que estan entre 7'5 MeV i 8 MeV.

  • Hidrogen: Energia d'enllaç per nucleó = 1'11 MeV
  • Heli: Energia d'enllaç per nucleó = 7'07 MeV
  • Coure: Energia d'enllaç per nucleó = 8'75 MeV
  • Urani-238: Energia d'enllaç per nucleó = 7'58 MeV

Exemples d'energies de fissió i de fusió:

  • Fissió d'urani-235: 0'9 eV per a cada unitat de massa
  • Fusió d'hidrogen en heli: 6 eV per a cada unitat de massa

Conceptes relacionats[modifica | modifica el codi]

Defecte màssic[modifica | modifica el codi]

En el cas de l'energia d'enllaç d'un nucli d'un àtom, aquesta és igual al defecte màssic multiplicat per una constant de valor conegut, seguint la coneguda fórmula d'Einstein:

  • E = M · c2, a la qual E és l'energia d'enllaç, M el defecte màssic i c és la velocitat de la llum en el buit, és a dir, 2'999·108 m/s. Com c2 val aproximadament 9·1016 m2/s2, llavors:
  • E = 9·1016 · M

El defecte màssic és la diferència entre la massa d'un nucli i la suma de les masses dels nucleons que el componen, és a dir, la suma de tots els protons i neutrons que forme aquest nucli, que sempre és diferent de zero. Si aquest defecte màssic fos nul, llavors no tindria energia d'enllaç i els seus nucleons se separarien, de manera que no existiria nucleid, ni nucli, ni àtom.

Masses en repòs i en moviment[modifica | modifica el codi]

L'anterior relació és certa tal qual quan els àtoms estan aturats. És conegut però la diferència d'energia (energia cinètica) que afecta tota la matèria segons la velocitat a la qual es mou. Aquesta afecta també la massa. A nivell d'animals, humans i objecten que coneixem i amb els quals tracten de manera quotidiana, la diferència de massa és completament menyspreable i de tota manera els humans no tenim capacitat per a percebre-la, ni tan sols als avions supersònics més ràpids es pot mesurar, donat què és molt menor a la que els nostres aparells poden mesurar. I aquesta només és gran quan la velocitat és enorme en proporció amb la massa (el "pes"), cosa que no ocorre gairebé mai i per la qual cosa seguim usant la mecànica clàssica en la majoria d'aplicacions.

En el cas de les partícules nuclears, en canvi, aquesta diferència sí que es nota. Per això, en el càlcul del defecte màssic i de l'energia d'enllaç cal tenir en compte la velocitat d'aquestes segons:

  • mv = (m0 · c2) / arrel quadrada de (1-v2 / c2),

on mv és la massa a la velocitat v, m0 és la massa en repòs (quan v=0) i c és la velocitat de la llum, 2'999·108 m/s. Quan la velocitat val zero mv = m0 i E=m0·c2.